【正文】 章 畢業(yè)設(shè)計小結(jié)130主要參考文獻131設(shè)計項目計算與說明結(jié)果前言塔式起重機概述 塔式起重機發(fā)展情況塔式起重機的發(fā)展趨勢第1章 前言 塔式起重機概述 塔式起重機是一種塔身豎立起重臂回轉(zhuǎn)的起重機械。在高層建筑施工中其幅度利用率比其他類型起重機高。因此，塔式起重機在高層工業(yè)和民用建筑施工的使用中一直處于領(lǐng)先地位。同時，為了適應(yīng)建筑物結(jié)構(gòu)件的預(yù)制裝配化、工廠化等新工藝、新技術(shù)應(yīng)用的不斷擴大，現(xiàn)在的塔式起重機必須具備下列特點：1. 起升高度和工作幅度較大，起重力矩大。3. 要求裝拆、運輸方便迅速，以適應(yīng)頻繁轉(zhuǎn)移工地的需要。是一種結(jié)構(gòu)合理、性能比較優(yōu)異的產(chǎn)品，比較目前國內(nèi)外同規(guī)格同類型的塔機具有更多的優(yōu)點，能滿足高層建筑施工的需要，可用于建筑材料和構(gòu)件的調(diào)運和安裝，并能在市內(nèi)狹窄地區(qū)和丘陵地帶建筑施工。本機以基本高度（獨立式）30米。 塔式起重機發(fā)展情況塔式起重機是在二次世界大戰(zhàn)后才真正獲得發(fā)展的。歐洲率先成功，1923年成功制成第一臺比較完整的塔式起重機， 在我國，塔式起重機的生產(chǎn)與應(yīng)用已有40多年的歷史，經(jīng)歷了一個從測繪仿制到自行設(shè)計制造的過程。1954年仿制民主德國設(shè)計的樣機，在撫順試制成功了中國第一臺TQ26型塔式起重機。20世紀(jì)60年代，由于高層、超高層建筑的發(fā)展，廣泛使用了內(nèi)部爬升式和外部附著式塔式起重機，并在工作機構(gòu)中采用了比較先進的技術(shù)，如直流電機調(diào)速、可控硅調(diào)速、渦流制動器，在回轉(zhuǎn)和運行機構(gòu)中安裝液力耦合器等。1961年，首先在北京試制成功了紅旗11型塔式起重機，它也是中國最早自行設(shè)計的塔式起重機。這些塔式起重機都是下回轉(zhuǎn)動臂式，可整體托運，能滿足六層以下民用建筑施工的需要。塔式起重機的幅度、起重量和起升高度均有了顯著提高。中國塔式起重機進入了技術(shù)提高、品種增多的新階段。m。20世紀(jì)80年代，中國塔式起重機相繼出現(xiàn)了不少新產(chǎn)品，主要有QTZ100、QTZ120等自升式塔式起重機，QT60、QTK60、QT25HK等下回轉(zhuǎn)快裝塔式起重機等。與此同時，隨著改革開放和國際技術(shù)交流的增多，為滿足建筑施工的需要，也從國外引進了一些塔式起重機，其中有聯(lián)邦德國的Liebherr、法國的Potain以及意大利的Edilmac等公司的產(chǎn)品。20世紀(jì)90年代以后，中國塔式起重機行業(yè)隨著全國范圍建筑任務(wù)的增加而進入了一個新的興盛時期，年產(chǎn)量連年猛增，而且有部分產(chǎn)品出口到國外。至此，無論從生產(chǎn)規(guī)模、應(yīng)用范圍和塔式起重機總量等角度來衡量，中國均堪稱塔式起重機大國。吊臂長度加長在20世紀(jì)60年代初，吊臂長度超過40m的較少，70年代吊臂長度已能做到70m。自升式塔式起重機吊臂是可以接長的，標(biāo)準(zhǔn)臂長一般為30～40m，可以接長到50～60m。隨著塔式起重機設(shè)計水平的提高，可以解決由臂長加大帶來的一些技術(shù)問題，而低合金高強度鋼材及鋁合金的廣泛采用也為加長吊臂提供了非常有利的條件。20世紀(jì)50年代生產(chǎn)的塔式起重機工作速度較低，起升速度一般只有20～30m/min，～1r/min，變幅速度為30～40m/min，大車行走速度為10～40m/min，而近幾年來塔式起重機工作速度已有提高。改善操縱條件隨著塔式起重機向大型、大高度方向發(fā)展，操作人員的能見度越來越差。有的還采用了雙頻道的無線電遙控系統(tǒng)，不僅可由地面的操作人員控制吊裝，還可以根據(jù)事先編排的程序自動進行吊裝。以不同模數(shù)塔身、臂架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組合成變斷面塔身和臂架，這不僅能提高塔身、臂架的力學(xué)性能，減輕塔式起重機自重，而且可明顯減少使用單位塔架、臂架的儲備量，為降低成本、簡化管理創(chuàng)造了條件。只有在做好總體設(shè)計的前提下，才能更好的完成設(shè)計?？傮w設(shè)計指導(dǎo)各個部件和各個機構(gòu)的設(shè)計進行，一般由總工程師負(fù)責(zé)設(shè)計。設(shè)計原則應(yīng)當(dāng)保證所設(shè)計的機型達到國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的同時，力求結(jié)構(gòu)合理，技術(shù)先進，經(jīng)濟性好，工藝簡單，工作可靠。盡管其設(shè)計型號有各種各樣，但其基本結(jié)構(gòu)大體相同。 金屬結(jié)構(gòu)塔式起重機金屬結(jié)構(gòu)部分由塔頂，吊臂，平衡臂，上、下支座，塔身，轉(zhuǎn)臺等主要部件組成。金屬結(jié)構(gòu)是塔式起重機的骨架，承受塔機的自重載荷及工作時的各種外載荷，是塔式起重機的重要組成部分，其重量通常約占整機重量的一半以上，因此金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計合理與否對減輕起重機自重，提高起重性能，節(jié)約鋼材以及提高起重機的可靠性等都有重要意義。其功能是承受臂架拉繩及平衡臂拉繩傳來的上部載荷，并通過回轉(zhuǎn)塔架、轉(zhuǎn)臺、承座等的結(jié)構(gòu)部件或直接通過轉(zhuǎn)臺傳遞給塔身結(jié)構(gòu)。截錐柱式塔尖實質(zhì)上是一個轉(zhuǎn)柱，由于構(gòu)造上的一些原因，低部斷面尺寸要比塔身斷面尺寸為小，其主弦桿可視需要選用實心圓鋼，厚壁無縫鋼管或不等邊角鋼拼焊的矩形鋼管。而斜撐式塔尖則由一個平面型鋼焊接桁架和兩根定位系桿組成。塔頂高度與起重臂架承載能力有密切關(guān)系，一般取為臂架長度的1/71/10，長臂架應(yīng)配用較高的塔尖。因此，設(shè)計時，應(yīng)權(quán)衡各方面的條件選擇適當(dāng)?shù)乃敻叨?。腹桿采用圓鋼管。其結(jié)構(gòu)如圖21所示：圖21 塔頂結(jié)構(gòu)圖2. 起重臂1） 構(gòu)造型式塔式起重機的起重臂簡稱臂架或吊臂，按構(gòu)造型式可分為：小車變幅水平臂架；俯仰變幅臂架，簡稱動臂；伸縮式小車變幅臂架；折曲式臂架。其優(yōu)點是：吊臂可借助變幅小車沿臂架全長進行水平位移，并能平穩(wěn)準(zhǔn)確地進行安裝就位。小車臂架可概分為三種不同型式：單吊點小車臂架，雙吊點小車臂架和起重機與平衡臂架連成一體的錘頭式小車臂架。幅度在40m以下的小車臂架大都采用單吊點式構(gòu)造；雙吊點小車變幅臂架結(jié)構(gòu)一般幅度都大于50m。小車變幅臂架拉索吊點可以設(shè)在下弦處，也可設(shè)在上弦處，現(xiàn)今通用小車變幅臂架多是上弦吊點，正三角形截面臂架。2） 分節(jié)問題臂架型式的選定及構(gòu)造細(xì)部處理取決于塔機作業(yè)特點，使用范圍以及承載能力等因素，設(shè)計時，應(yīng)通盤考慮作出最佳選擇，首先要解決好分節(jié)問題。為便于組合成若干不同長度的臂架，除標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間外，一般都配設(shè)1~2個3~5m長的延接節(jié)，一個根部節(jié)，一個首部節(jié)和端頭節(jié)。此端頭節(jié)長度不計入臂架總長，但可與任一標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間配裝，形成一個完整的起重臂。其示意圖見圖22： 圖22臂架分節(jié)3） 截面形式及截面尺度塔機臂架的截面形式有三種：正三角形截面、倒三角形截面和矩形截面。選用這種方式的優(yōu)點是：節(jié)省鋼材，減輕重量，從而節(jié)約成本。截面高度主要受最大起重量和拉桿吊點外懸臂長度影響最大。設(shè)計臂架長度為40m，共分七節(jié)。此兩種布置方式各有特點。焊接變形不均勻，節(jié)點剛度較差，且不便于布置小車變幅機構(gòu)。其優(yōu)點在于，這種布置方式應(yīng)用區(qū)段不受限制，焊縫長度較長，強度易于保證，焊接變形較均勻，節(jié)點剛度較好，便于布置小車變幅機構(gòu)。一般情況下，上吊點小車變幅臂架的上弦以選用16Mn實心鋼為宜，但造價要高。其特點是：慣性矩、長細(xì)比要小，抗失穩(wěn)能力高。因此上弦桿選用89897，下弦選用的角鋼型號為：75755，臂間由銷軸連接。其設(shè)計原則是：臂架長度小于50m，對最大起吊量并無特大要求，一般采用單吊點結(jié)構(gòu)。采用單吊點結(jié)構(gòu)時，吊點可以設(shè)在上弦或下弦。在設(shè)計中采用雙吊點。上回轉(zhuǎn)塔機均需配設(shè)平衡臂，其功能是支撐平衡重（或稱配重），用以構(gòu)成設(shè)計上所需要的作用方向與起重力矩方向相反的平衡力矩，在小車變幅水平臂架自升式塔機中，平衡臂也是延伸了的轉(zhuǎn)臺，除平衡重外，還常在其尾端裝設(shè)起升機構(gòu)。1） 平衡臂的結(jié)構(gòu)型式平衡臂的構(gòu)造設(shè)計必須保證所要求的平衡力矩得到滿足。長平衡臂的主要優(yōu)點是：可以適當(dāng)減少平衡重的用量，相應(yīng)減少塔身上部的垂直載荷。常用平衡臂有以下三種結(jié)構(gòu)型式：（1） 平面框架式平衡臂，由兩根槽鋼縱梁或由槽鋼焊成的箱形斷面組合梁河系桿構(gòu)成。其特點是結(jié)構(gòu)簡單，加工容易。此類平衡臂的構(gòu)造與平面框架式平衡臂結(jié)構(gòu)構(gòu)造相似，但較為輕巧，適用于長度較大的平衡臂。（3） 矩形斷面格桁結(jié)構(gòu)平衡臂，其特點是根部與座在轉(zhuǎn)臺上的回轉(zhuǎn)塔架聯(lián)接成一體，適用于小車變幅水平臂架特長的超重型自升式塔機。故此次設(shè)計選用平面框架式平衡臂。在框架的上平面鋪有走道板，走道板兩旁設(shè)有防護欄桿。如圖24所示：圖24 平衡臂2） 平衡重平衡重屬于平衡臂系統(tǒng)的組成部分，它的用量甚是可觀，輕型塔機一般至少要用3～4t，重型自升式塔機要裝有近30t平衡重。平衡重一般可分為固定式和活動式兩種。但是，構(gòu)造復(fù)雜，機加工量大，造價較高。平衡重可用鑄造或鋼筋混凝土制成。鋼筋混凝土平衡重的主要缺點是體積大，迎風(fēng)面積大，對塔身結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性均有不利影響。因此，本次設(shè)計的塔式起重機采用鋼筋混凝土式平衡重。5. 上、下支座上支座上部分別與塔頂、起重臂、平衡臂連接，下部用高強螺栓與回轉(zhuǎn)支承相連接在支承座兩側(cè)安裝有回轉(zhuǎn)機構(gòu)，它下面的小齒輪準(zhǔn)確地與回轉(zhuǎn)支承外齒圈嚙合，另一面設(shè)有限位開關(guān)。6. 塔身塔身結(jié)構(gòu)也稱塔架，是塔機結(jié)構(gòu)的主體，支撐著塔機上部結(jié)構(gòu)的重量和承受載荷，并將這些載荷通過塔身傳至底架或直接傳遞給地基基礎(chǔ)。圓形斷面和三角形斷面現(xiàn)在基本上不用，現(xiàn)今國內(nèi)外生產(chǎn)的塔機均采用方形斷面結(jié)構(gòu)。按塔身結(jié)構(gòu)主弦桿材料的不同，這類方形斷面塔架可分為：角鋼焊接格桁架結(jié)構(gòu)塔身，主弦桿為角鋼輔以加強筋的矩形斷面格桁架結(jié)構(gòu)；角鋼拼焊方鋼管格桁架結(jié)構(gòu)塔身及無縫鋼管焊接格桁架結(jié)構(gòu)塔身。因此主弦桿采用由等邊角鋼拼焊成的方管。常用的矩形尺寸有：。主弦桿截面較大的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)用于下部塔身，主弦桿截面較小的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)則用于上部塔身。2） 塔身結(jié)構(gòu)腹桿系統(tǒng)塔身結(jié)構(gòu)的腹桿系統(tǒng)采用角鋼或無縫鋼管制成，腹桿可焊裝與角鋼主弦桿內(nèi)側(cè)或焊裝于角鋼主弦桿外側(cè)。腹桿不同會影響塔身的扭轉(zhuǎn)剛度和彈性穩(wěn)定。適合于中等起重能力塔身結(jié)構(gòu)采用的腹桿布置方式。蓋板螺栓聯(lián)接和套柱螺栓聯(lián)接應(yīng)用最廣。適用于方鋼管和角鋼主弦桿塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的聯(lián)接，雖加工工藝要求比較復(fù)雜，但安裝速度比較快。附著式自升式塔機和起升高度大的軌道式以及獨立式自升塔機宜采用拼裝式塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。QTZ40屬于中型自升式塔機，綜合各種型式的特點，塔身結(jié)構(gòu)采用整體式塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，如圖25所示：圖25 塔身結(jié)構(gòu)示意圖（2） 為減輕塔身的自重，充分發(fā)揮鋼材的承載能力，并適應(yīng)發(fā)展組合制式塔機的需要，對于達到40m起升高度的塔機塔身宜采用兩種不同規(guī)格的塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，而起升高度達到60m的塔機塔身宜采用3種不同規(guī)格的塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。（3） 塔身的主弦桿可以是角鋼、角鋼拼焊方鋼管、無縫鋼管式實心圓鋼，取決于塔身的起重能力、供貨條件、經(jīng)濟效益以及開發(fā)系列產(chǎn)品的規(guī)劃和需要。在設(shè)計塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，特別是在設(shè)計拼裝式塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)時，要處理好爬梯與塔身的關(guān)系，以保證使用安全及安裝便利。當(dāng)爬梯高度大于5m時，應(yīng)從高2m處開始裝設(shè)直徑為650～800mm的安全護圈，相鄰兩護圈間距為500mm。對于高檔的塔機，可根據(jù)用戶要求增設(shè)電梯，以節(jié)省司機的體力，充分體現(xiàn)人機工程學(xué)的應(yīng)用。（2） 根據(jù)施工需要，增加塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，使塔身高度略超越固定式塔機的規(guī)定最大自由高度。7．轉(zhuǎn)臺裝置轉(zhuǎn)臺是一個直接坐在回轉(zhuǎn)支承（轉(zhuǎn)盤）上的承上啟下的支撐結(jié)構(gòu)。8．回轉(zhuǎn)支承裝置回轉(zhuǎn)支承簡稱轉(zhuǎn)盤，是塔式起重機的重要部件，由齒圈、座圈、滾動體、隔離快、連接螺栓及密封條等組成。1） 柱式回轉(zhuǎn)支承 柱式回轉(zhuǎn)支承又可分為：轉(zhuǎn)柱式和定柱式兩類。轉(zhuǎn)柱式結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，適用于起升高度和工作幅度以及起重量較大的塔機。滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置結(jié)構(gòu)緊湊，可同時承受垂直力、水平力和傾覆力矩是目前應(yīng)用最廣的回轉(zhuǎn)支承裝置。滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承，回轉(zhuǎn)部分固定，在大軸承的回轉(zhuǎn)座圈上，而大軸承的的固定座圈則與塔身（底架或門座）的頂面相固結(jié)。鋼球為純滾動，摩擦阻力小，功率損失小。設(shè)計采用單排四點接觸球式回轉(zhuǎn)支承，它是由一個座圈和齒圈組成，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，鋼球與圓弧滾道四點接觸，能同時承受軸向力、徑向力和傾翻力矩。小車變幅水平臂架自升塔機采用的底架結(jié)構(gòu)可分為：十字型底架，帶撐桿的十字型底架，帶撐桿的井字型底架，帶撐桿的水平框架式桿件拼裝底架和塔身偏置式底架。底架用工字鋼焊接成框架結(jié)構(gòu)，在四角安裝有四條輻射狀可拆卸支腿，該支腿用槽鋼焊接而成，用螺栓與框架結(jié)構(gòu)連接，底架通過20個預(yù)埋地腳螺栓與基礎(chǔ)固定，螺栓為M36，底架外輪廓尺寸約為：長寬高=46004600250 mm。由于塔身撐桿的設(shè)置，塔身危險斷面由塔身根部向上移到撐桿的上支承面，同時塔身根部平面對底架的作用減小，從而改善底架的受力情況。10. 附著裝置附著裝置由一套附著框架，四套頂桿和三根撐桿組成，通過它們將起重機塔身的中間節(jié)段錨固在建筑物上，以增加塔身的剛度和整體穩(wěn)定性．撐桿的長度可以調(diào)整，以滿足塔身中心線到建筑物的距離限制．塔身附著裝置是用角鋼對焊組合成